Ensayo de Corte Directo Ana

eNSAYO DE CORTE DIRECTO

Universidad Nacional de Cajamarca

Facultad de Ingeniera Escuela Acadmico Profesional de Ingeniera Civil

ASIGNATURA : MECANICA DE SUELOS II

DOCENTE :ING. RAL VALERA GUERRA

ALUMNOS :MENDOZA ROJAS, Ana Paula MarilynCICLO:VIGRUPO : ACajamarca octubre del 2013

PRCTICA N03: ENSAYO DE CORTE DIRECTO I. INTRODUCCIONLa evaluacin de la resistencia al esfuerzo normal y cortante del suelo, permite cuantificar parmetros necesarios para solucionar problemas relacionados con la resistencia del terreno, que nos permite analizar problemas de la estabilidad de suelos tales como: el estudio de estabilidad de taludes para carreteras, la determinacin de la capacidad de soporte en cimentaciones, la presin lateral sobre estructuras de retencin de tierras. En presente informe de laboratorio realizado por nosotros, alumnos de la Universidad Nacional de Cajamarca, de la Escuela Acadmico Profesional de Ing. Civil, en donde presentamos uno de los tres ensayos para determinar la resistencia al esfuerzo cortante de suelo, como es el ensayo de corte directo que es un ensayo ms preciso que el ensayo de compresin simple pero poco menos que el ensayo de compresin triaxial, pero su estudio es indispensable ya que los resultados son aproximados y nos pueden dar una idea del comportamiento de suelo al ser sometido a esfuerzos(cortante y normal), a continuacin aremos un ensayo con un tipo de suelo utilizando este tipo de ensayo y observaremos los resultados.

II. OBJETIVOS.

general. Determinar la resistencia al esfuerzo cortante o capacidad portante del suelo en estudio, utilizando el ensayo de corte directo.especificos. determinar el ngulo de friccin interna. Determinar la cohesin.

III. quipos y Materialesa) Equipo de Corte

b) Caja de Corte ( Mitad superior e inferior, placa superior, placa inferior, tornillos de seguridad)

Mitad Superior e inferior

Placa Superior

Placa inferior

Tornillos de seguridad

c) Equipo compactador

d) Molde

e) Cronmetro

f) Deformmetro

g) Esptula

IV. marco teorico.ESFUERZO CORTANTE EN SUELOS

RESISTENCIA AL CORTE DE UN SUELOEsta resistencia del suelo determina factores como la estabilidad de un talud, la capacidad de carga admisible para una cimentacin y el empuje de un suelo contra un muro de contencin.

Ecuacin de falla de Coulomb (1776)Coulomb observ que si el empuje de un suelo contra un muro produce un desplazamiento en el muro, en el suelo retenido se forma un plano recto de deslizamiento. l postul que LA MXIMA RESISTENCIA AL CORTE, f, en el plano de falla, est dada por:

f = c + tg (1)

Donde: = Es el esfuerzo normal total en el plano de falla. = Es el ngulo de friccin del suelo (por ejemplo, arena)c = Es la cohesin del suelo (por ejemplo, arcilla).

Esta es una relacin emprica y se basa en la LEY DE FRICCIN DE AMONTON para el deslizamiento de dos superficies planas, con la inclusin de un trmino de cohesin c para incluir la Stiction propia del suelo arcilloso. En los materiales granulares, c = 0 y por lo tanto:

f = tg Suelo granular (2)

Contrariamente, en suelos puramente cohesivos, = 0, luego:

f = c Suelo cohesivo puro (3)

Pero la ecuacin (1) no condujo siempre a resultados satisfactorios, hasta que TERZAGUI publica su expresin = + U con el principio de los esfuerzos efectivos (el agua no tiene cortante). Entonces:

f = c + tg (4)

Figura 1 Aparato de corte directo

Puesto que la resistencia al cortante depende de los esfuerzos efectivos, en el suelo los anlisis deben hacerse en esos trminos, involucrando c y , cuyos valores se obtienen del ENSAYO DE CORTE DIRECTO: Aplicando al suelo una fuerza normal, se puede proceder a cizallarlo con una fuerza cortante. El movimiento vertical de la muestra se lee colocando un deformmetro en el bastidor superior. El molde no permite control de drenaje, que en el terreno pueden fallar en condiciones de humedad diversas (condicin saturada no drenada, parcialmente drenadas o totalmente drenadas), para reproducir las condiciones de campo se programa la velocidad de aplicacin de las cargas. En arenas, como el drenaje es libre, el ensayo se considera drenado. Para arcillas, la incertidumbre queda, por lo que se recurre al TRIAXIAL.

CURVAS TPICAS EN ARENAS DENSA Y SUELTA (drenadas)

FIGURA 1.Curva tpica esfuerzo deformacinDonde:AD: arena densaAS: arena sueltaV: volumenE: deformacin unitaria

En las arenas sueltas, el volumen disminuye durante el corte porque las partculas se DENSIFICAN en el plano de corte. En las densas, se presenta DILATANCIA porque la trabazn de los granos hace que se separen para facilitar los desplazamientos relativos y el corte entre granos. En ambas, se observa = cte y V = cte, para grandes valores de la deformacin. En estas condiciones se considera se considera la muestra en el ESTADO DE RELACIN DE VACOS CRTICA. En las densas, si aumenta , la rata de dilatancia disminuye hasta el valor crtico y el cortante, hasta un valor residual, que es igual al de la arena suelta para ese nivel de esfuerzos. A la derechas se grafica la ENVOLVENTE DE FALLA, que se obtiene variando N: cuando N aumenta, el valor S necesario para la falla, tambin crece. El esqueleto mineral es ms resistente al corte, en las arenas densas por lo que la friccin efectiva resulta mayor. La pendiente de la envolvente da el valor de , que en suelos granulares llega a ser:

CURVAS TPICAS EN ARCILLAS PC Y NC (condicin drenada)

Figura 2. APC = Arcilla preconsolidada, ANC = Arcilla normalmente consolidada; r = Friccin residual

Para arcillas NC la cada del esfuerzo desde el pico hasta el residual (curva - ) se asocia con la orientacin gradual del esqueleto mineral, colocndose paralelo al plano de falla.

En las arcillas PC, la cada de es mayor, por efecto de la dilatancia que se pone en evidencia en la figura ( V0 ). Para alcanzar el estado RESIDUAL se demandan valores de muy elevados. La diferencia entre pico y residual, permite establecer el NDICE DE FRAGILIDAD (IF). Cuando el material falla, la energa excedente se libera en forma trmica, ondulativa, etc.La ENVOLVENTE de falla muestra que le corresponde al ensayo de corte directo, con muestra drenada, para cada tipo de arcilla. Las arcillas PC muestran el valor C en el intercepto del eje f, con valores entre 5 y 30 m2 KN . Para arcillas fisuradas, el valor de C medido en laboratorio, en el campo tiende a cero con el tiempo, y la envolvente pasa por el origen.

El valor de no es afectado por la preconsolidacin, y por lo general est en el rango = 20 - 30. El residual es tan bajo como r = 9 en arcillas con ndice de plasticidad (IP) alto, lo que explica el que taludes fallados puedan mantenerse en pie. Para arcillas con orientacin aleatoria de sus fisuras, como ocurre en suelos residuales, el valor promedio de est entre el valor pico de la arcilla intacta y el valor residual que tiene en el plano de las fisuras.

LA ENVOLVENTE DE MOHR COULOMB Envolvente de MohrPlano de Falla

Para dibujar la envolvente de falla, se requieren ensayos en los que se alcance el nivel de esfuerzos que demanda la falla. La situacin se logra con 1f; 3f. El crculo N muestra una situacin estable, pero el incremento de 1 lo lleva a la situacin C y la reduccin de 3, a la situacin A. En B, se cambian ambas.

RELACIN ENTRE Y LOS ESFUERZOS PRINCIPALES DE FALLA 1 f 3 f

Si f = Cf + f tg, para C = 0 tenemos:

f = f tg (5) Pero 2 = 90 + , entonces C = 45 + /2 (6)Adems:

De la figura:

Entonces, llamando: tenemos: (8)Que puede ser:

(9)

Por simetra:(10)

De (8) se concluye q/p; de (9) se concluye (10) (simetra).

La ecuacin 12.10 aparece en los libros de Mecnica de Suelos, donde N se llama flow factor (factor de influencia), y es igual al Kp

FRICCIN

Q`= BFIGURA3. FRICCION EN SUELOS

Sea A una partcula de arena a punto de rodar, y el ngulo mximo de reposo del depsito de arena seca. Las componentes del peso W de la partcula A, son la normal n y la fuerza tangencial t. Adems r es la fuerza de rozamiento que se opone a t; es decir:

r = t (equilibrio) (16)

Si n = W cos y t = W sen (17) puedo decir que r = n f (18)

Siendo f la friccin unitaria. Reemplazando (18) y (17) en (16) tenemos:

r = t pero r = (W cos) f y t = W sen

Luego: (W cos) f = W sen

As: f = tg (19)

Pero = (lados perpendiculares entre s); entonces, la fuerza actuante ser proporcional a un coeficiente

fa = tg (20)

Y el factor de seguridad, cociente entre las fuerzas resistente y actuante, ser:(21)

V. PROCEDIMIENTO. PARA SUELO NO COHESIVO1. Se procede a pesar la muestra de arena (seca o mojada) con el contenido de humedad conocido con exactitud, para lograr realizar 3 ensayos a la misma densidad.2. Armar con cuidado la caja de corte, para no tener alguna separacin entre la caja y los tornillos de empalme, fijar la caja en posicin. Obtener la seccin transversal de la muestra.3. Colocar cuidadosamente la arena en la caja de corte hasta cerca de 5 mm4. Se aplica la carga vertical y se coloca el dial para determinar el desplazamiento vertical (se debe incluir el peso del pistn de carga y la mitad superior de la caja de corte en el peso). Para ensayos consolidados, registrar en el dial el desplazamiento vertical y comenzar el ensayo, solo cuando el asentamiento ha parado. Para suelos no cohesivos esto puede hacerse a partir de la aplicacin de Pv.5. Separar dos partes de la caja de corte desplazando los tornillos espaciadores en se encuentran en la parte superior de la caja de corte. El espacio desplazado debera ser ligeramente superior (al ojo) que el tamao ms grande de partculas presentes en la muestra.

A continuacin se debe fijar el bloque de carga apretando los tornillos de fijacin provistos para tal propsito a los lados de la parte superior de la caja de corte. Inmediatamente despus separar los tornillos espaciadores de manera que se libere la parte inferior de la caja de corte; en este momento la carga normal, la mitad de la carga de la caja de corte, y el bloque o pistn de carga se encuentran actuando sobre la muestra de suelo.6. Ajustar el deformmetro de cartula (0.01 mm/divisin) para medir el desplazamiento en cortante.7. Para ensayos Saturados, saturar la muestra llenando la caja de corte y permitiendo transcurrir suficiente tiempo para que tenga lugar la saturacin. Asegurarse de que las piedras porosas que se encuentran en la caja de corte estn saturadas si el suelo al ensayarse contiene alguna humedad.8. Comenzar la carga horizontal y tomar lecturas del deformmetro de carga, del deformmetro de desplazamiento cortante, y del deformmetro vertical (cambio de volumen). Si el ensayo es de tipo deformacin unitaria controlada, se deben tomar esas lecturas ha desplazamientos horizontales de: 5,10 y cada 10 20 unidades de desplazamiento horizontal. Utilizar una tasa de deformacin unitaria del orden de 0. A no ms de 2 mm/min. No utilizar tasas de deformacin unitaria ms rpidas, pues existe el peligro de que se presente pico de carga cortante entre dos lecturas. La tasa de deformacin unitaria debera ser tal que la muestra falle entre 3 y 5 minutos.9. Retirar la arena de la caja de corte y repetir los pasos del 1 al 8 sobre por lo menos dos muestras adicionales y a una densidad dentro de los 5g y no ms de 10g respecto a la cantidad de suelo usada en el primer ensayo. Asegurarse de que la arena ocupe el mismo volumen utilizando las marcas de referencia del paso 3. En el paso 4 usar un valor diferente de Pv para cada ensayo (se sugiere doblar la carga exterior, por ejemplo: 4, 8,16 Kg mas el peso del bloque o pistn de carga para estos tres ensayos 5, 10,20 Kg, etc.)

PARA SUELO COHESIVO

1. Moldear cuidadosamente tres muestras de mismo tamao y en lo posible de la misma densidad, tomadas de una muestra de bloque grande, o de una muestra de tubo. Utilizar un anillo cortante de manera que el tamao pueda ser controlado. Cualquier muestra con un peso apreciablemente diferente de las otras muestras debe descartarse y en su lugar moldear otra muestra.2. Retroceder la separacin y el agarre de los tornillos gua en la parte superior de la caja de corte y ensamblar las dos partes. Asegurarse de que las piedras porosas estn saturadas a menos que se vaya a ensayar un suelo seco. Medir las dimensiones de la caja de corte para calcular el rea de la muestra.3. Colocar cuidadosamente la muestra dentro de la caja de corte. La muestra debe ajustar perfectamente en la caja y llenarla hasta cerca de 5 mm de la parte superior de la caja de corte. Colocar el bloque o pistn de carga en su sitio sobre el suelo, la carga normal P y ajustar el deformmetro de cartula vertical. Para un ensayo consolidado es necesario controlar el deformmetro vertical igual que para el ensayo de consolidacin para determinar cuando la consolidacin haya terminado.4. Separar cuidadosamente las mitades de la caja de corte dejando una pequea separacin apenas mayor que el tamao de la partcula ms grande que presente el suelo, retroceder los tornillos de separacin y empalmar la cabeza de carga en un sitio utilizando los tornillos. Asegurarse de que la carga normal refleje la fuerza normal ms el peso del bloque de carga y la mitad superior de la caja de corte. Tener cuidado al separar la caja de corte cuando se ensaya arcillas blandas porque parte del material puede salir de la caja por la zona de separacin, utilizar en estos casos cargas verticales pequeas.5. Colocar el deformmetro de deformacin cortante, fijar en cero ambos deformmetros. Para ensayos saturados en necesario llenar la caja de corte con agua y esperar un tiempo hasta que se produzca la saturacin de la muestra.6. Comenzar la carga horizontal (cortante) y tomar lecturas del deformmetro de carga, desplazamiento de corte y desplazamientos verticales (de cambio de volumen). Si el ensayo se hace a deformacin unitaria controlada tomar estas lecturas al desplazamientos horizontales de 5, 10 y cada 10 20 unidades del deformmetro de desplazamiento horizontal. Utilizar una tasa de deformacin unitaria del orden de 0.5-2 mm/min.7. Remover el suelo y tomar una muestra para contenido de humedad. Repetir los pasos del 2 al 6 para dos muestras adicionales.

CLCULOS:

Ensayo 1:Datos y clculos:

Facultad de Ingeniera

Escuela de Ingeniera Civil

Departamento: Ciencias de la Ingeniera

Asignatura: Mecnica de Suelos II

PROYECTO:cimentacionesENSAYO:CORTE DIRECTO

UBICACIN:ciudad universitariaOPERADOR:Ral Valera

PERFORACION:Pozo 04FECHA:03 de octubre del 2013

PROFUNDIDAD:2.5mSUELO:arcilloso marrn claro

Datos de muestraLado(cm)6

Altura(cm)2

Area (cm)36

Vm (cm3)72

Vel.de carga (mm/min)0.5

Carga Normal:Pa (Marco y Placa) (Kg)0.604

Pb (Percha de carga) (Kg)10

Pv (Kg)10.604

Constante anillo de carga:(kg/N div)0.446379

Esfuerzo normal:n (kg/cm)0.29455556

Tabla de deformaciones:tiempo (min)Desplaz.Hz (cm)Area corr. (cm)Def. carga N DivFza. Corte (kg)Esf. Cort. (kg/cm)

0036000

0.50.02535.851.10.4910.01369643

10.0535.72.20.9820.02750795

1.50.07535.552.31.0270.02887965

20.135.44.92.1870.06178692

2.50.12535.259.74.330.12283337

30.1535.111.24.9990.14243432

3.50.17534.9512.85.7140.16348072

40.234.815.26.7850.19497014

4.50.22534.6516.97.5440.21771443

50.2534.518.68.3030.2406565

5.50.27534.3520.18.9720.26119994

60.334.221.29.4630.27670277

6.50.32534.0522.29.910.29103124

70.3533.922.910.2220.30153626

7.50.37533.7523.310.4010.30816684

80.433.623.610.5350.31352811

8.50.42533.4523.910.6680.31893746

90.4533.32410.7130.32171459

9.50.47533.152410.7130.32317032

100.5332410.7130.32463927











Altura(cm)2

Area (cm)36

Vm (cm3)72




Pv (Kg)20.604




0036000

0.50.02535.8520.8930.02490259

10.0535.720.8930.02500723

1.50.07535.5511.14.9550.13937572

20.135.415.26.7850.19166556

2.50.12535.2517.67.8560.22287292

30.1535.119.98.8830.25307527

3.50.17534.95229.820.28098249

40.234.823.610.5350.30271679

4.50.22534.6525.111.2040.32335102

50.2534.526.211.6950.33898927

5.50.27534.3527.212.1420.35346459

60.334.228.112.5430.36676169

6.50.32534.052912.9450.38017595

70.3533.929.913.3470.39370891

7.50.37533.7530.113.4360.39810394

80.433.630.713.7040.40785224

8.50.42533.453113.8380.41368457

90.4533.331.714.150.42493136

9.50.47533.1531.914.2390.42954721

100.5333214.2840.43285236

10.50.52532.8532.114.3290.4361877

110.5532.732.514.5070.44364885

11.50.57532.5532.814.6410.44980741

120.632.432.914.6860.45326756

12.50.62532.253314.7310.45675991

130.6532.133.214.820.46167548

13.50.67531.9533.514.9540.46803432

140.731.833.815.0880.47445315

14.50.72531.6533.815.0880.47670174











Altura(cm)2

Area (cm)36

Vm (cm3)72




Pv (Kg)40.604




0036000

0.50.02535.853.91.7410.04856006

10.0535.73.91.7410.04876409

1.50.07535.5518.28.1240.22852596

20.135.425.111.2040.31650036

2.50.12535.2530.213.4810.38242967

30.1535.133.715.0430.42857471

3.50.17534.9536.816.4270.47000707

40.234.83816.9620.48742534

4.50.22534.6539.117.4530.50370617

50.2534.540.117.90.51883472

5.50.27534.3540.317.9890.52369938

60.334.240.818.2120.53252232

6.50.32534.054118.3020.53749013

70.3533.94118.3020.53986841

7.50.37533.754118.3020.54226782

Datos de muestra el esfuerzo cortante Vs Esfuerzo Normal en cada ensayoENSAYONORMALCORTANTE

10.2945560.34

20.5723330.477

31.127890.543

VI. De la grfica podemos obtener: ngulo de friccin interna

Cohesin:

Interpretacin de resultados: El valor que hemos obtenido para el ngulo de friccin es un valor muy caracterstico para este tipo de suelo, que puede alcanzar hasta 45 y en casos excepcionales sobrepasarlo La cohesin obtenida es relativamente baja, pero se encuentra dentro de los valores caractersticos para este suelo:

VII. concluciones.

Se logro determinar la resistencia al esfuerzo cortante o capacidad portante del suelo en estudio, utilizando el ensayo de corte directo.

Se logro determinar el ngulo de friccin interna. Se logro determinar la cohesin.

VIII. bibliografia. Manual de laboratorio de Ing. Marco Hoyos Saucedo. Salvador Ricardo Montero Juan Carlos, Manual de Ensayos de Mecnica de Suelos, 200. Das Braja M., Soil Mechanics Laboratory Manual, 1997.

IX. ANEXOS.

pg. 22

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